Главные Новости
Владимир Зеленский Техно Кино Автоновости
Получать больше тепла от солнечного света
Автор: Allnewsua.live

Недавно разработанный материал, который настолько прозрачен, что вы едва можете увидеть его, может открыть множество новых применений солнечного тепла. Он генерирует гораздо более высокие температуры, чем обычные солнечные коллекторы - этого достаточно, чтобы использовать его для отопления дома или для промышленных процессов, требующих тепла более 200 градусов по Цельсию (392 градуса по Фаренгейту).

Ключом к этому процессу является новый вид аэрогеля, легкий материал, состоящий в основном из воздуха, со структурой из кремнезема (который также используется для изготовления стекла). Материал позволяет солнечному свету легко проходить через него, но блокирует выход солнечного тепла. Результаты были описаны в журнале ACS Nano, в статье Лин Чжао, аспиранта Массачусетского технологического института; Эвелин Ван, профессор и заведующий кафедрой машиностроения; Ганг Чен, профессор Карла Ричарда Содерберга в области энергетики; и пять других.

Ван объясняет, что ключом к эффективному сбору солнечного тепла является то, что он может держать что-то горячее внутри, оставаясь холодным снаружи. Одним из способов сделать это является использование вакуума между слоем стекла и темным, поглощающим тепло материалом, который используется во многих концентрирующих солнечных коллекторах, но относительно дорог в установке и обслуживании. Был большой интерес к поиску менее дорогой пассивной системы для сбора солнечного тепла при более высоких уровнях температуры, необходимых для обогрева помещений, обработки пищевых продуктов или многих промышленных процессов.

Аэрогели, своего рода пенообразный материал, состоящий из частиц кремнезема, годами разрабатывались как высокоэффективные и легкие изоляционные материалы, но в целом они имели ограниченную прозрачность для видимого света с уровнем пропускания около 70 процентов. Ван говорит, что разработка способа изготовления аэрогелей, которые были бы достаточно прозрачными для работы по сбору солнечного тепла, была долгим и трудным процессом, в котором участвовали несколько исследователей в течение примерно четырех лет. Но в результате получается аэрогель, который пропускает более 95 процентов поступающего солнечного света, сохраняя при этом свои высокоизолирующие свойства.

Ключом к тому, чтобы заставить его работать, было точное соотношение различных материалов, используемых для создания аэрогеля, которые изготавливаются путем смешивания катализатора с зернами кремнеземсодержащего соединения в жидком растворе, образования некоего геля, а затем сушки чтобы вывести всю жидкость, оставляя матрицу, которая в основном состоит из воздуха, но сохраняет прочность исходной смеси. Они обнаружили, что при изготовлении смеси, которая высыхает намного быстрее, чем в обычных аэрогелях, образуется гель с меньшими порами между зернами, который, следовательно, рассеивает свет гораздо меньше.



В ходе испытаний на крыше в кампусе Массачусетского технологического института пассивное устройство, состоящее из поглощающего тепло темного материала, покрытого слоем нового аэрогеля, смогло достичь и поддерживать температуру 220 ° С в середине зимы в Кембридже, когда наружный воздух был ниже 0 С.

Такие высокие температуры ранее были практичными только при использовании концентрирующих систем с зеркалами для фокусировки солнечного света на центральной линии или точке, но эта система не требует концентрации, что делает ее более простой и менее затратной. Это может потенциально сделать его полезным для широкого спектра применений, требующих более высоких уровней нагрева.

Например, простые плоские коллекторы на крыше часто используются для горячей воды для бытового потребления, температура которых составляет около 80 ° C. Но более высокие температуры, обеспечиваемые системой аэрогеля, могут сделать такие простые системы пригодными и для отопления дома, и даже для питания кондиционера. система. Крупномасштабные версии могут быть использованы для обеспечения тепла для широкого спектра применений в химической, пищевой промышленности и производственных процессах.

Чжао описывает основную функцию слоя аэрогеля как «парниковый эффект». Материал, который мы используем для повышения температуры, действует так же, как атмосфера Земли, чтобы обеспечить изоляцию, но это крайний пример этого ».

В большинстве случаев пассивная система сбора тепла должна быть подключена к трубам, содержащим жидкость, которая может циркулировать для передачи тепла туда, где это необходимо. В качестве альтернативы, считает Ван, в некоторых случаях система может быть подключена к тепловым трубам, устройствам, которые могут передавать тепло на расстояние, не требуя насосов или каких-либо движущихся частей.

Поскольку принцип, по сути, тот же, солнечный коллектор на основе аэрогеля мог бы напрямую заменить вакуумные коллекторы, используемые в некоторых существующих применениях, обеспечивая более дешевый вариант. Материалы, используемые для изготовления аэрогеля, обильны и недороги; единственной дорогостоящей частью процесса является сушка, для которой требуется специальное устройство, называемое сушилкой с критической точкой, для обеспечения очень точного процесса сушки, который извлекает растворители из геля, сохраняя при этом его наноразмерную структуру.

Поскольку это периодический процесс, а не непрерывный процесс, который можно использовать при производстве рулонов в рулонах, он может ограничить скорость производства, если система масштабируется до уровней промышленного производства. «Ключом к расширению является то, как мы можем снизить стоимость этого процесса», - говорит Ван. Но даже сейчас предварительный экономический анализ показывает, что система может быть экономически выгодной для некоторых применений, особенно по сравнению с вакуумными системами.



Источник: MIT, написанный Дэвидом Л. Чендлером

Перекладено з EN: Technology Org.


Читать также:

Рыба Капля
07-05-2018 11:12 562